R_I~M和PLN信道模型及其在室内无线体域网中的应用

论文摘要

室内无线体域网是指在室内情境下将各种类型的传感器安装在人体的特定部位以获得人体生命体征相关数据的技术,它是物联网技术在人体上的一种应用,其可应用于对人体的体育活动指标或者健康状况进行实时的监测,以便人们根据情况进行相关的反馈。对于室内无线体域网中信道进行有效合理的建模是提升该网络通信质量的关键,且直接影响到无线体域网物理层的研究,因此建立合适的无线信道模型来对无线体域网信道中小尺度衰落和大尺度衰落进行描述是非常必要的。云南大学云无线接入与异构网络工程实验室提出的RLMN模型是更符合于实际信道衰落特性的复合模型,其中R表示Rayleigh或Rician分布,M表示多径衰落因子,L表示Lognormal模型,N表示部分阴影衰落因子。本文将RM模型和LN模型从RMLN模型中分离出来,将RM模型中R用Rician分布表示提出RIM产模型,在LN模型基础上增加对数路径损耗模型提出PLN模型,并对RIM模型和PLN模型进行统计特性的推导和参数估计,最后将RIM产模型和PLN模型应用于室内无线体域网的小尺度衰落和大尺度衰落。本文的主要研究内容如下:（1）考虑到室内无线体域网中多径分量无法全部到达接收端且可能存在直射分量的情况,本文将RLMN模型中的RM模型分离出来,并将R考虑为Rician分布,提出一种适用于适用于室内无线体域网小尺度衰落的RIM产模型,该模型是在Rician模型基础上增加多径衰落因子M得到的。考虑到大尺度衰落同时包含路径损耗和部分阴影衰落的情况,且未来无线体域网将工作于更高频率,短距离内的路径损耗将不可忽视,本文在LN部分阴影衰落模型基础上增加对数距离路径损耗模型,提出一种适用于无线体域网大尺度衰落的PLN模型。（2）利用Rician模型的概率密度函数（PDF）、概率密度替换公式、函数变量替换公式以及累计概率密度函数（CDF）公式,推导RIM模型和PLN模型的一阶统计特性PDF和CDF的闭环表达式,然后利用电平通过率（LCR）和平均衰落时间（AFD）的定义,推导RIM模型和PIN模型的二阶统计特性LCR和AFD的闭环表达式。（3）本文利用正弦曲线求和法（SOS）分别建立RIM模型、LN模型和PLN模型的仿真模型,并在不同参数条件下利用matlab对比三种仿真模型的仿真统计特性和模型的理论统计特性,验证了三个仿真模型的有效性和正确性。（4）本文分别利用最大似然估计法、矩估计法和参数分离法对RIM模型进行参数估计,并使用K-S拟合优度检验算法对比三种参数估计方法的估计精准度,选出精准度较高的方法。利用最大似然估计法和矩估计法对PLN模型进行参数估计。提出一种新的矩估计法和参数分离法相结合的矩-参数分离法对LN模型进行参数估计。实现了RIM模型、PLN模型和LN模型的参数估计。（5）利用矢量网络分析仪测量室内无线体域网信道工作于28GHz情况下的S21参数,并将数据通过滑动窗口法分离为小尺度衰落数据和大尺度衰落数据,从大尺度衰落数据中分离出部分阴影衰落数据。然后,利用相应数据计算RIA模型、PLN模型和LN模型的统计参数。最后,对比实测数据统计特性、三个模型的理论和仿真统计特性,证明RIM模型、PLN模型和LN模型应用于室内无线体域网的正确性,并将RIM和PLN模型与同类模型做理论实验对比,验证了RIM和PLN模型是更适用于室内无线体域网小尺度衰落和大尺度衰落的模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 缩略语说明
• 符号说明
• 第一章 绪论
•   1.1 研究目的与意义
•   1.2 国内外研究现状分析
•     1.2.1 无线信道衰落模型的研究现状
•     1.2.2 室内无线体域网信道研究现状
•     1.2.3 无线信道模型参数估计研究现状
•   1.3 本文主要工作
•   1.4 论文结构和内容安排
• 第二章 无线信道衰落特性研究及建模
•   2.1 引言
•   2.2 无线信道的衰落特性
•     2.2.1 小尺度衰落
•     2.2.2 大尺度衰落
•   2.3 室内无线体域网衰落模型研究
• I^M小尺度衰落模型的提出'>    2.3.1 R_I^M小尺度衰落模型的提出
•     2.3.2 PLN大尺度衰落模型的提出
•   2.4 本章小结
• I^M模型和PLN模型和模型的统计特性及仿真模型'>第三章 R_I^M模型和PLN模型和模型的统计特性及仿真模型
•   3.1 引言
•   3.2 无线信道统计特性
• I^M模型统计特性推导及仿真'>  3.3 R_I^M模型统计特性推导及仿真
• I^M模型统计特性'>    3.3.1 R_I^M模型统计特性
• I^M模型的仿真与验证分析'>    3.3.2 R_I^M模型的仿真与验证分析
• N模型的统计特性及仿真'>  3.4 L^N模型的统计特性及仿真
• N模型统计特性'>    3.4.1 L^N模型统计特性
• N模型的仿真与验证分析'>    3.4.2 L^N模型的仿真与验证分析
•   3.5 PLN模型统计特性推导及仿真
•     3.5.1 PLN模型统计特性
•     3.5.2 PLN模型的仿真与验证分析
•   3.6 本章小结
• I^M模型、L^N模型和PLN模型参数估计'>第四章 R_I^M模型、L^N模型和PLN模型参数估计
•   4.1 引言
•   4.2 无线信道模型参数估计方法
• I^M模型的参数估计'>  4.3 R_I^M模型的参数估计
•   4.4 PLN模型的参数估计
• N模型的参数估计'>  4.5 L^N模型的参数估计
•   4.6 本章小结
• I^M模型和PLN模型在室内无线体域网中的应用'>第五章 R_I^M模型和PLN模型在室内无线体域网中的应用
•   5.1 引言
•   5.2 无线体域网on-body和off-body信道测量
•     5.2.1 测量环境
•     5.2.2 测量方法
•     5.2.3 测量器件
•     5.2.4 测量过程
•     5.2.5 测量数据处理
• I^M模型验证分析'>  5.3 R_I^M模型验证分析
• I^M模型分析和验证流程'>    5.3.1 R_I^M模型分析和验证流程
• I^M模型的参数估计'>    5.3.2 R_I^M模型的参数估计
• I^M模型的验证分析'>    5.3.3 R_I^M模型的验证分析
• I^M模型与其他小尺度衰落模型对比分析'>    5.3.4 R_I^M模型与其他小尺度衰落模型对比分析
•   5.4 PLN模型的验证分析
•     5.4.1 PLN模型验证和分析流程
• N模型的参数估计'>    5.4.2 PLN及L^N模型的参数估计
•     5.4.3 PLN模型的验证分析
•     5.4.4 PLN模型与CI模型理论和实验对比分析
•   5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 全文总结
•   6.2 存在问题及后续研究工作
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间完成的科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 蔡傲

导师: 袁洪

关键词: 无线体域网,模型,参数估计,拟合优度检验,统计特性

来源: 云南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 数学,电信技术

单位: 云南大学

分类号: TN92;O212.1

总页数: 108

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